(57)【要約】【課題】  広帯域のテラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生装置および様々な測定目的に適するテラヘルツ光測定装置を提供すること。【解決手段】  テラヘルツ光発生装置１０は、テラヘルツパルス光Ｔ１を放射する光伝導アンテナ４と、テラヘルツパルス光Ｔ２を放射する半導体部材５と、励起レーザ光Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ光伝導アンテナ４、半導体部材５に照射するレーザ光源１と、テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２を一つに合成するワイヤーグリッド６とを備える。テラヘルツ光測定装置１００は、テラヘルツ光発生装置１０と、テラヘルツパルス光Ｔ３を試料Ｓに照射し、試料Ｓからのテラヘルツパルス光Ｔ４を検出手段へ導くテラヘルツ光学系と、テラヘルツパルス光Ｔ４検出するテラヘルツ光検出器２７と、テラヘルツ光検出器２７により検出された値に基づいて試料Ｓの物性値を演算する演算手段とを備える。【選択図】  図１
2005129732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数帯域の異なるテラヘルツ光を放射する複数のテラヘルツ光源と、
前記複数のテラヘルツ光源の各々に励起レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記複数のテラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を一つに合成するビーム結合素子とを備えることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項２】
放射特性が等しいテラヘルツ光を放射する複数のテラヘルツ光源と、
前記複数のテラヘルツ光源の各々に励起レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記複数のテラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を一つに合成するビーム結合素子とを備えることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のテラヘルツ光発生装置において、
前記ビーム結合素子を透過するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向と、前記ビーム結合素子で反射するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向とが直交するように、前記複数のテラヘルツ光源を配置することを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のテラヘルツ光発生装置において、
前記ビーム結合素子を透過するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光および前記ビーム結合素子で反射するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光をそれぞれ平行光とするコリメート用光学素子を設けることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のテラヘルツ光発生装置において、
前記ビーム結合素子は、ワイヤーグリッドであることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項６】
請求項１〜４に記載のテラヘルツ光発生装置において、
前記ビーム結合素子は、半導体基板であることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載のテラヘルツ光発生装置において、
前記半導体基板は、シリコンであることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のテラヘルツ光発生装置と、
前記ビーム結合素子により一つに合成されたテラヘルツ光を前記試料に照射し、前記試料からのテラヘルツ光を検出手段へ導くテラヘルツ光学系と、
前記試料からのテラヘルツ光を検出するテラヘルツ光検出器と、
前記テラヘルツ光検出器により検出された値に基づいて前記試料の物性値を演算する演算手段とを備えることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項９】
請求項３または４に記載のテラヘルツ光発生装置と、
前記ビーム結合素子により一つに合成されたテラヘルツ光を前記試料に照射し、前記試料からのテラヘルツ光を検出手段へ導くテラヘルツ光学系と、
前記試料からのテラヘルツ光を検出する光伝導アンテナと、
前記テラヘルツ光検出器により検出された値に基づいて前記試料の物性値を演算する演算手段とを備え、
互いに偏光方向が直交する、前記ビーム結合素子を透過するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光、および前記ビーム結合素子で反射するように前記ビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して、前記光伝導アンテナのアンテナパターンに沿った方向が所定の角度をなすように、前記光伝導アンテナを配置することを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ光発生装置およびこれを備えるテラヘルツ光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ光測定装置は、概ね０．０１×１０１２〜１００×１０１２ヘルツの周波数領域のパルス光を試料に照射して、試料からの透過光または反射光を検出することにより、試料の電気的特性や成分濃度などを測定する装置である。テラヘルツパルス光を放射するテラヘルツ光源としては、光伝導アンテナ、半導体、非線形光学結晶などが知られている。光伝導アンテナは、光伝導膜上にアンテナパターンが形成されたもので、アンテナパターン形状によってテラヘルツパルス光の強度や周波数帯域が異なる。半導体や非線形光学結晶は、材料の種類や組成によってテラヘルツパルス光の強度や周波数帯域が異なる。また、複数の光スイッチを有する素子を用い、各光スイッチに印加するバイアス電圧の値と極性を切り換えることにより、テラヘルツ波の周波数スペクトルを変えることができるテラヘルツ波発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４９４０２号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のテラヘルツ光源は、アンテナパターン形状または材料の種類、組成によってテラヘルツパルス光の放射強度や周波数帯域が決まってしまうので、測定の目的に応じて各種の光源を使い分けており、光源の交換や光学的な位置合わせ作業は煩雑であった。また、特許文献１の技術では、１つの素子でいくつかの特定の周波数領域のテラヘルツ波を発生させることはできても、周波数帯域を拡張することはできないので、様々な測定目的に対してそれに適した周波数帯域を設定し直すという煩わしさがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１のテラヘルツ光発生装置は、周波数帯域の異なるテラヘルツ光を放射する複数のテラヘルツ光源と、複数のテラヘルツ光源の各々に励起レーザ光を照射するレーザ光源と、複数のテラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を一つに合成するビーム結合素子とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２に記載のテラヘルツ光発生装置は、放射特性が等しいテラヘルツ光を放射する複数のテラヘルツ光源と、複数のテラヘルツ光源の各々に励起レーザ光を照射するレーザ光源と、複数のテラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を一つに合成するビーム結合素子とを備えることを特徴とする。
（３）請求項１または２のテラヘルツ光発生装置は、ビーム結合素子を透過するようにビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向とビーム結合素子で反射するようにビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向とが直交するように、複数のテラヘルツ光源を配置することが好ましい。これらの偏光方向が直交するテラヘルツ光をそれぞれ平行光とするコリメート用光学素子を設けることができる。
（４）上記のテラヘルツ光発生装置において、ビーム結合素子は、ワイヤーグリッドであっても半導体基板であっても良い。半導体基板の場合、シリコンが好ましい。
（５）請求項８のテラヘルツ光測定装置は、上記のいずれかのテラヘルツ光発生装置と、ビーム結合素子により一つに合成されたテラヘルツ光を試料に照射し、試料からのテラヘルツ光を検出手段へ導くテラヘルツ光学系と、試料からのテラヘルツ光を検出するテラヘルツ光検出器と、テラヘルツ光検出器により検出された値に基づいて試料の物性値を演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
（６）請求項９のテラヘルツ光測定装置は、請求項３または４のテラヘルツ光発生装置と、ビーム結合素子により一つに合成されたテラヘルツ光を試料に照射し、試料からのテラヘルツ光を検出手段へ導くテラヘルツ光学系と、試料からのテラヘルツ光を検出する光伝導アンテナと、テラヘルツ光検出器により検出された値に基づいて試料の物性値を演算する演算手段とを備え、互いに偏光方向が直交する、ビーム結合素子を透過するようにビーム結合素子に入射するテラヘルツ光、およびビーム結合素子で反射するようにビーム結合素子に入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して、光伝導アンテナのアンテナパターンに沿った方向が所定の角度をなすように、光伝導アンテナを配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、広帯域のテラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生装置および様々な測定目的に適するテラヘルツ光測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明によるテラヘルツ光発生装置およびテラヘルツ光測定装置について図１〜７を参照しながら説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明によるテラヘルツ光測定装置を模式的に示す全体構成図である。図２，３，４は、それぞれ本実施の形態によるテラヘルツ光源の斜視図、ビーム結合素子の斜視図、テラヘルツ光検出器の斜視図である。図５は、第１の実施の形態によるテラヘルツ光発生装置とテラヘルツ光検出部を模式的に示す図である。図１〜５では、同じ構成部品には同一符号を付す。
【０００８】
図１において、テラヘルツ光測定装置１００は、テラヘルツ光発生装置１０、テラヘルツ光検出部２０、測定回路３０、制御・演算処理部３１、表示部３２および光路長変更部４０を備える。また、テラヘルツ光測定装置１００は、試料Ｓにテラヘルツパルス光Ｔ３を照射する照射光学系を構成する曲面鏡７、８および試料Ｓを透過するテラヘルツパルス光Ｔ４をテラヘルツ光検出部２０へ導く検出光学系を構成する曲面鏡１２、１３を備える。
【０００９】
先ず、テラヘルツパルス光の発生について説明する。テラヘルツ光発生装置１０は、レーザ光源１、ビームスプリッタ２，３、光伝導アンテナ４、半導体部材５およびワイヤーグリッド６を備える。
【００１０】
レーザ光源１から放射されたパルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ２で２つのパルス光Ｌ２，Ｌ３に分割される。レーザ光源１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光Ｌ１は、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８００ｎｍ程度、繰り返し周期が数ｋＨｚから１００ＭＨｚのオーダー、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光である。
【００１１】
ビームスプリッタ２で分割された一方のパルス光Ｌ２は、さらにビームスプリッタ３で２つのパルス光Ｌ４，Ｌ５に分割される。一方のパルス光Ｌ４は、光伝導アンテナ４に照射される。パルス光Ｌ４は、光伝導アンテナ４を励起してテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプ光（励起光）となり、光伝導アンテナ４からテラヘルツパルス光Ｔ１が発生する。他方のパルス光Ｌ５は、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピタキシャル膜を形成した半導体部材５に照射される。パルス光Ｌ５は、半導体部材５を励起してテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプ光となり、半導体部材５からテラヘルツパルス光Ｔ２が発生する。光伝導アンテナ４および半導体部材５は、いずれもテラヘルツ光源であるが、放射するテラヘルツパルス光の周波数帯域が異なる。なお、ビームスプリッタ３と光伝導アンテナ４との間およびビームスプリッタ３と半導体部材５との間に、それぞれ集光レンズを介挿してパルス光Ｌ４，Ｌ５の光束を絞ってもよい。光伝導アンテナ４については図２により後述する。
【００１２】
テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２は、０．０１×１０12〜１００×１０12ヘルツ（０．０１ＴＨｚ〜１００ＴＨｚ）の周波数領域に含まれる光である。テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド６を透過して、曲面鏡７、８を経て試料Ｓに到達する。テラヘルツパルス光Ｔ２は、ワイヤーグリッド６で反射して、曲面鏡７、８を経て試料Ｓに到達する。すなわち、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２は、ワイヤーグリッド６により合成されてテラヘルツパルス光Ｔ３となって試料Ｓに到達する。曲面鏡７、８としては、例えば、放物面鏡や楕円鏡等が用いられる。ワイヤーグリッド６については図３により後述する。
【００１３】
試料Ｓを透過したテラヘルツパルス光Ｔ４は、曲面鏡１２，１３、ワイヤーグリッド１４を順次経由してテラヘルツ光検出器２７に入射する。ワイヤーグリッド１４とテラヘルツ光検出器２７は、テラヘルツ光検出部２０を構成する。テラヘルツ光検出器２７については図４により後述する。
【００１４】
テラヘルツ光検出器２７にテラヘルツパルス光Ｔ４が入射すると、電場が生じた状態になる。この部分にプローブ光を照射すると、電場強度に応じた光電流が流れ、これを測定回路３０で測定することにより、その瞬間にテラヘルツ光検出器２７に到達したパルス光の電場強度を得ることができる。プローブ光は以下の光路でテラヘルツ光検出器２７に入射する。
【００１５】
ビームスプリッタ２で分割された他方のパルス光Ｌ３がプローブ光である。パルス光Ｌ３は、反射鏡２１で光路を曲げられ、２枚または３枚の反射鏡からなる移動可能な可動鏡２２に入射する。パルス光Ｌ３は、可動鏡２２で反射し、反射鏡２４，２５，２６を順次経由してテラヘルツ光検出器２７に入射する。なお、反射鏡２６とテラヘルツ光検出器２７との間に集光レンズを介挿してパルス光Ｌ３の光束を絞ってもよい。
【００１６】
可動鏡２２を駆動機構２３によって図中矢印Ａのように移動させることにより、可動鏡２２の移動量に応じてパルス光Ｌ３の光路長を変化させることができる。この結果、パルス光Ｌ３がテラヘルツ光検出器２７へ到達する時間が遅延する。駆動機構２３は、制御・演算処理部３１からの制御信号によって制御される。このように、遅延時間を変更しながらテラヘルツ光検出器２７で検出される光の電場強度を測定することにより、時系列テラヘルツ分光が可能となる。さらに、この結果から、制御・演算処理部３１で所定の理論式に基づいて演算することにより、試料の電気的特性や不純物濃度等が得られる。また、測定値等は、必要に応じてディスプレイ３２に表示してもよい。
【００１７】
以下、本実施の形態で用いられるテラヘルツ光源、ビーム結合素子およびテラヘルツ光検出器について詳細に説明する。
図２は、テラヘルツ光源として用いられる光伝導アンテナ４の構造を模式的に示す斜視図である。光伝導アンテナ４は、光伝導膜４ａ、導電膜４ｂを有する。光伝導膜４ａは、例えばＧａＡｓやアモルファスシリコンの薄膜であり、サファイヤ基板上に形成される。導電膜４ｂは、光伝導膜４ａ上にパターニング形成された金属膜であり、パターン形状によりダイポール型、ボウタイ型、ストリップライン型などがある。半球レンズ４ｃは、例えばシリコンから作製され、テラヘルツ光などの赤外光を透過させる。
【００１８】
これらのパターン形状によって放射されるテラヘルツパルス光の強度や周波数帯域が異なる。ボウタイ型パターンの場合は、テラヘルツパルス光の放射強度は比較的大きく、ピーク周波数は０．１ＴＨｚ程度と低く、低周波領域の分光測定に有効である。ストリップライン型パターンの場合は、テラヘルツパルス光のピーク周波数は１ＴＨｚ付近にあり、４ＴＨｚ程度まで放射強度を有し、周波数帯域が比較的広い。
【００１９】
図２に示されるように、ダイポール型の導電膜４ｂにバイアス電圧Ｖｂを印加した状態で、パルス光Ｌ４が領域Ｂを照射すると、テラヘルツパルス光Ｔ１が発生する。テラヘルツパルス光Ｔ１は、半球レンズ４ｃを通って外部に放射する。
【００２０】
図３は、ビーム結合素子として用いられるワイヤーグリッド６の構造を模式的に示す斜視図である。ワイヤーグリッド６は、ビームスプリッタの一種であり、直径５μｍ程度の細いタングステン線６ａを等間隔（例えば、ｓ＝１２．５μｍ）に張った素子である。ワイヤーグリッド６は、光の電気ベクトルがタングステン線６ａに平行である場合は光を反射し、光の電気ベクトルがタングステン線６ａに垂直である場合は光を透過させる。ワイヤーグリッド６は、１ＴＨｚより低周波領域では、タングステン線６ａに平行な偏光光の反射効率も垂直な偏光光の透過効率もほぼ１００％である。
【００２１】
図３に示されるように、テラヘルツパルス光Ｔ１はワイヤーグリッド６を透過し、テラヘルツパルス光Ｔ２はワイヤーグリッド６で反射し、両者は合成されてテラヘルツパルス光Ｔ３となる。このとき、ワイヤーグリッド６のタングステン線６ａの方向を基準に、テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２の偏光方向をそれぞれ透過効率、反射効率が１００％となるように調整しておくと、合成されたテラヘルツパルス光Ｔ３の損失を低減することができる。テラヘルツパルス光Ｔ３は、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２の両者の周波数帯域の光を含んでいる。例えば、テラヘルツパルス光Ｔ１が０．１〜１．８ＴＨｚの周波数領域、テラヘルツパルス光Ｔ２が１．５〜３．０ＴＨｚの周波数領域をもっているとすると、テラヘルツパルス光Ｔ３は、０．１〜３．０ＴＨｚと広い周波数領域をもつ。
【００２２】
図４は、テラヘルツ光検出器として用いられる光伝導アンテナ２７の構造を模式的に示す斜視図である。光伝導アンテナ２７は、光伝導膜２７ａ、導電膜２７ｂを有する。光伝導膜２７ａ、導電膜２７ｂおよび半球レンズ２７ｃは、それぞれ上述した光伝導膜４ａ、導電膜４ｂおよび半球レンズ４ｃと同じである。また、導電膜２７ｂのパターン形状は、ダイポール型であるが、ボウタイ型でも使用できる。
【００２３】
図４に示されるように、試料Ｓを透過したテラヘルツパルス光Ｔ４は、半球レンズ２７ｃ側から光伝導アンテナ２７へ入射し、半球レンズ２７ｃを通ってダイポール型の導電膜２７ｂの領域Ｃへ集光する。一方、プローブ光としてのパルス光Ｌ３も領域Ｃを照射する。このとき、ダイポール型パターンの２本のライン間には、テラヘルツパルス光Ｔ４の電場によって生じる光電流Ｉｍが流れ、この電場強度に応じた光電流Ｉｍは測定回路３０により測定される。
【００２４】
次に、図５を参照して、テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２が直線偏光の光である場合、両者の合成について説明する。
テラヘルツパルス光Ｔ１の偏光方向は、光伝導アンテナ４のアンテナパターンの向きによって決まる。従って、光伝導アンテナ４を光軸ＡＸ１周りに回転することによりテラヘルツパルス光Ｔ１の偏光方向を調整することができる。不図示の回転機構により、光伝導アンテナ４を保持するホルダー１５を回転させることにより、放射するテラヘルツパルス光Ｔ１の光軸周りに光伝導アンテナ４を回転させることができる。光伝導アンテナ４は、ダイポール型であるが、ボウタイ型パターン、ストリップライン型パターンの場合も同様に、テラヘルツパルス光の偏光方向を調整することができる。
【００２５】
一方、半導体部材５では、レーザ光Ｌ５（ポンプ光）が半導体表面に入射したときに発生するテラヘルツパルス光Ｔ２の偏光方向は、レーザ光Ｌ５の入射角度に依存する。レーザ光Ｌ５の入射方向に対するテラヘルツパルス光Ｔ２の偏光方向は一定なので、例えば、偏光方向を９０°回転するには、半導体部材５の表面をＹＺ面に垂直、且つ紙面に対して４５°の角度に設定し、紙面に垂直な方向からレーザ光を半導体部材５へ入射させる。このように、Ｙ方向に対して４５°の角度を維持して半導体部材５の向きを変え、発生するテラヘルツパルス光Ｔ２がワイヤーグリッド６に向かうようにレーザ光を半導体部材５へ入射させれば、テラヘルツパルス光Ｔ２の偏光方向を任意に変えることができる。
【００２６】
また、テラヘルツ光源として非線形光学結晶部材を用いている場合は、非線形光学結晶部材に入射する励起レーザ光（ポンプ光）の偏光方向を変えることにより、放射するテラヘルツパルス光の偏光方向を調整することができる。この場合、ビームスプリッタ３と非線形光学結晶部材との間に不図示の偏光方向変換素子を配置して、非線形光学結晶部材に入射するレーザ光の偏光方向を変える。偏光方向変換素子としては、例えば、１／２波長位相板等の波長位相板を単数、または複数組み合わせたもの、波長位相板と偏光子とを組み合わせたものが用いられる。非線形光学結晶部材に入射するレーザ光の偏光方向を変える際に、その偏光方向に応じて非線形光学結晶部材の結晶方位軸を合わせると、テラヘルツパルス光の発生効率が向上するのでより一層望ましい。
このように、テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２の偏光方向を調整してワイヤーグリッド６に入射させることにより、合成されたテラヘルツパルス光Ｔ３は、合成時の結合損失を低減しつつ広い周波数帯域を有することになる。
【００２７】
続いて、偏光成分を有するテラヘルツパルス光の検出について説明する。テラヘルツパルス光Ｔ１，Ｔ２が直線偏光の光であって、試料による偏光作用がないか、その作用が小さい場合、試料Ｓを透過したテラヘルツパルス光Ｔ４は、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２に由来する互いに直交する２つの偏光方向の光を含んでいる。テラヘルツパルス光Ｔ４を検出する光伝導アンテナ２７は、アンテナパターンに沿った偏光方向（図４中、矢印Ｄ方向）の光にのみ応答する。
【００２８】
そこで、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２のいずれの偏光方向にも応答するように、光伝導アンテナ２７を光軸ＡＸ３周りに回転し、アンテナパターンに沿った方向、すなわち信号検出方向をいずれの偏光方向に対しても４５°の角度になるように配置する。これにより、２つの偏光成分の光を等しく受光することができるようになる。
【００２９】
また、本実施の形態のように、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２でテラヘルツ光源の機構が異なる場合には、例えば、Ｔ１に比べてＴ２が強いという状況が考えられる。その際に、前述の方法で各々のテラヘルツパルス光の偏光方向を調整し、強いテラヘルツパルス光Ｔ２の検出効率を抑え、且つ弱いテラヘルツパルス光Ｔ１の検出効率を向上させることによって、所望の周波数特性を得ることができる。さらに、不図示の回転機構により、光伝導アンテナ２７を保持するホルダー２８を光軸ＡＸ３周りに回転させることにより、テラヘルツパルス光Ｔ１とＴ２の偏光方向に対して光伝導アンテナ２７のパターン方向（信号検出方向）を任意の角度に設定することにより、テラヘルツパルス光Ｔ１またはＴ２の一方を所定の割合で重点的に検出することもできる。
【００３０】
さらに、光伝導アンテナ２７の前側にワイヤーグリッド１４を設けると、偏光方向を厳密に整えることができるので測定値がより正確になる。なお、ボウタイ型パターンの場合も同様に、アンテナパターンの信号検出方向を４５°の角度にすることにより、より正確な測定値が得られる。
【００３１】
以上、放射するテラヘルツパルス光の周波数帯域が異なる複数のテラヘルツ光源を用いる場合を説明したが、放射特性が同一の複数のテラヘルツ光源を本実施の形態の配置構成で用いる場合も広い周波数帯域のテラヘルツパルス光を得ることができる。これを図６により説明する。
【００３２】
図６は、光伝導アンテナから放射するテラヘルツパルス光の周波数特性を示すグラフである。横軸が周波数、縦軸が放射強度である。１つの光伝導アンテナが放射するテラヘルツパルス光の周波数領域が０．１〜２．０ＴＨｚの場合、その特性曲線はＧ１で示され、同一放射特性の２つの光伝導アンテナが放射するテラヘルツパルス光を合成したテラヘルツパルス光の特性曲線はＧ２で示される。特性曲線Ｇ１，Ｇ２は、いずれも放射強度のピーク値が約０．５ＴＨｚにあるが、特性曲線Ｇ２の方がＧ１よりもピーク値が大きく、周波数全域に亘って高強度である。分光測定には一定レベル以上の強度が必要であり、そのレベルをＩとすると、特性曲線Ｇ１では周波数帯域ｆ１が使用可能であるのに対し、特性曲線Ｇ２では周波数帯域ｆ２（＞ｆ１）が使用可能である。すなわち、同一放射特性の２つの光伝導アンテナが放射するテラヘルツパルス光を合成することにより、実質的に広い周波数帯域のテラヘルツパルス光を得ることができる。
【００３３】
なお、放射特性が同一であれば、半導体部材同士でも非線形光学結晶部材同士でも、光伝導アンテナ、半導体部材および非線形光学結晶部材のうちの任意の２つの組み合わせでも実質的に広い周波数帯域のテラヘルツパルス光を得ることができる。
【００３４】
以上説明したように、複数のテラヘルツ光源からの光を合成することにより、テラヘルツパルス光の周波数帯域が異なる場合でも、放射特性が同一である場合でも、単一のテラヘルツ光源からの光よりも広い周波数帯域の光を得ることができる。さらに、複数のテラヘルツパルス光の偏光方向を考慮することにより、合成時の結合損失を低減しつつ広い周波数帯域の光を得ることができる。
【００３５】
〈第２の実施の形態〉
図７は、第２の実施の形態によるテラヘルツ光発生装置とテラヘルツ光検出部を模式的に示す図である。第１の実施の形態と同様に、本実施の形態のテラヘルツ光発生装置も図１のテラヘルツ光測定装置１００に適用される。本実施の形態では、図１〜５と同じ構成部品には同一符号を付し、第１の実施の形態と異なる特徴のみを説明する。
【００３６】
テラヘルツ光発生装置５０は、レーザー光源１、ビームスプリッタ２，３、光伝導アンテナ４Ａ、４Ｂおよび半導体基板５１を備える。光伝導アンテナ４Ａ、４Ｂは、放射特性が同じでも異なっていてもよい。本実施の形態では、ビーム結合素子としての半導体基板５１にシリコン基板が用いられる。
【００３７】
光伝導アンテナ４Ａから発生するテラヘルツパルス光Ｔ１１は、曲面鏡７Ａにより平行光にコリメートされてシリコン基板５１に入射し、平行光のままシリコン基板５１を透過して、曲面鏡８を経て試料Ｓに到達する。一方、光伝導アンテナ４Ｂから発生するテラヘルツパルス光Ｔ１２は、曲面鏡７Ｂにより平行光にコリメートされてシリコン基板５１に入射し、平行光のままシリコン基板５１で反射して、曲面鏡８を経て試料Ｓに到達する。すなわち、テラヘルツパルス光Ｔ１１とＴ１２は、シリコン基板５１により合成されて平行光のテラヘルツパルス光Ｔ１３となって曲面鏡８に入射する。これにより、本実施の形態の配置構成においても広い周波数帯域のテラヘルツパルス光を得ることができる。なお、シリコン基板５１は、基板内部での多重反射を小さく抑えるために、２ｍｍ程度の厚さが望ましい。
【００３８】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光Ｔ１１とＴ１２とを平行光としてシリコン基板５１に入射させるので、合成テラヘルツパルス光Ｔ１３の波面に影響を及ぼすことがない。また、３つ以上のテラヘルツ光源から発生する３つ以上のテラヘルツパルス光の場合でも、図７に示されるのと同様の構成により合成することができる。
【００３９】
テラヘルツパルス光Ｔ１１，Ｔ１２が直線偏光の光である場合、両者の合成法は第１の実施の形態と同様である。すなわち、光伝導アンテナ４Ａを保持するホルダー１５Ａを光軸周りに回転することにより、テラヘルツパルス光Ｔ１１の偏光方向を調整することができる。同様に、光伝導アンテナ４Ｂを保持するホルダー１５Ｂを回転させることにより、テラヘルツパルス光Ｔ１２の偏光方向を調整することができる。このようにテラヘルツパルス光Ｔ１１，Ｔ１２の偏光方向を調整した上でシリコン基板５１に入射させることにより、本実施の形態の配置構成においても、合成時の結合損失を低減しつつ広い周波数帯域のテラヘルツパルス光を得ることができる。
【００４０】
以下、本発明の変形例を説明する。
第１、第２の実施の形態では、テラヘルツ光検出器は１つであったが、試料Ｓからの透過光（テラヘルツパルス光Ｔ４またはＴ１４）を偏光ビームスプリッタで２つに分割し、２つの検出器で受光するように構成してもよい。この場合、検出する光の偏光成分に合わせて、２つの検出器を別々に回転調整できるように構成する。また、上記の実施の形態では、テラヘルツ光検出器として光伝導アンテナを用いたが、感度が高いボロメータなどの熱検出型検出器を用いてもよい。
【００４１】
図１に示されるテラヘルツ光測定装置１００は、試料Ｓの各種物性値の二次元分布を得るイメージング装置としても用いられる。すなわち、制御・演算処理部３１からの出力信号で駆動機構１１を制御し、試料Ｓを保持するホルダー９をテラヘルツパルス光Ｔ３の光軸に垂直な面内で二次元的に走査する。
【００４２】
上記の実施の形態では、透過型の分光測定装置について説明したが、反射型の分光測定装置にも本発明が適用できる。また、本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるテラヘルツ光測定装置を模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光源の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるビーム結合素子の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出器の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光発生装置とテラヘルツ光検出部を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による光伝導アンテナから放射するテラヘルツパルス光の周波数特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光発生装置とテラヘルツ光検出部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：レーザ光源
２，３：ビームスプリッタ
４，４Ａ，４Ｂ：光伝導アンテナ
５：半導体部材
６，１４：ワイヤーグリッド
１０、５０：テラヘルツ光発生装置
２０：テラヘルツ光検出部
２７，２７Ａ：テラヘルツ光検出器
３０：測定回路
３１：制御・演算処理部
３２：表示部
４０：光路長変更部
５１：半導体基板（シリコン基板）
１００：テラヘルツ光測定装置
Ｌ１〜Ｌ３：パルス光
Ｔ１〜Ｔ４：テラヘルツパルス光
Ｔ１１〜Ｔ１４：テラヘルツパルス光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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